岩溶基底隧道拱顶沉陷三段四层关键技术研究

覃剑文, 李海波, 潘光明, 田月明. 岩溶基底隧道拱顶沉陷三段四层关键技术研究[J]. 中国岩溶, 2022, 41(5): 746-758. doi: 10.11932/karst20220508
引用本文: 覃剑文, 李海波, 潘光明, 田月明. 岩溶基底隧道拱顶沉陷三段四层关键技术研究[J]. 中国岩溶, 2022, 41(5): 746-758. doi: 10.11932/karst20220508
QIN Jianwen, LI Haibo, PAN Guangming, TIAN Yueming. Study on 'three-section and four-layer' reinforcement technology of tunnel vault subsidence in the karst basement[J]. Carsologica Sinica, 2022, 41(5): 746-758. doi: 10.11932/karst20220508
Citation: QIN Jianwen, LI Haibo, PAN Guangming, TIAN Yueming. Study on "three-section and four-layer" reinforcement technology of tunnel vault subsidence in the karst basement[J]. Carsologica Sinica, 2022, 41(5): 746-758. doi: 10.11932/karst20220508

岩溶基底隧道拱顶沉陷三段四层关键技术研究

详细信息
    作者简介: 覃剑文(1972-),男,高级工程师,长期从事地质灾害防治工程勘查、设计工作。E-mail:631680292@qq.com
    通讯作者: 李海波(1983-),男,高级工程师,主要从事地质勘查、地球物理勘探、地下空间探测、地质灾害防治和隧道突发地灾应急救援治理等技术管理及研究工作。E-mail:ppbo@163.com
  • 中图分类号: U457;TU761.1+1

Study on "three-section and four-layer" reinforcement technology of tunnel vault subsidence in the karst basement

More Information
  • 为有效治理岩溶基底城市隧道拱顶地层沉陷地质灾害,在充分探明沉陷区水文地质、工程地质特征的基础上,提出了“三段四层控制技术”,将治理区划分为沉陷区重点加固段、影响区次重点加固段和超前加固段;再根据治理深度和治理顺序进一步把沉陷区重点加固段分为顶部阻浆层、拱顶止浆垫层、拱顶加固层和中间加固层,研究了每段、每层注浆加固机理、浆液类型选择和控制注浆参数。研究成果表明,采用孔内复合止浆技术满足不同深度地层分段注浆为主、垂直孔和定向斜孔相结合,充填注浆、劈裂-挤密注浆相结合,以速凝浆液为主、单液水泥浆为辅,严格控制安全注浆参数,是“三段四层控制技术”安全有效注浆的技术关键,该技术方案在岩溶基底城市隧道拱顶地层沉陷地质灾害治理方面,取得了较好的注浆加固效果,有良好的推广应用价值。

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  • 图 1  路面沉陷及拱顶破裂沉降情况

    Figure 1. 

    图 2  地下水位差异及钻孔喷水图

    Figure 2. 

    图 3  揭露地下水的部分钻孔位置及其连通串喷深度

    Figure 3. 

    图 4  路面沉陷、拱顶破裂沉降的原因分析图

    Figure 4. 

    图 5  治理区横向三段划分示意图

    Figure 5. 

    图 6  沉陷区重点加固段分层治理示意图

    Figure 6. 

    图 7  影响区次重点加固段注浆加固层示意图

    Figure 7. 

    图 8  未开挖超前加固段注浆加固层示意图

    Figure 8. 

    图 9  不同类型注浆钻孔间隔布置示意图

    Figure 9. 

    图 10  顶部阻浆层钻探注浆原理示意图

    Figure 10. 

    图 11  拱部止浆垫钻探注浆原理示意图

    Figure 11. 

    图 12  拱顶加固层钻探注浆原理图

    Figure 12. 

    图 13  中间加固层钻探注浆原理示意图

    Figure 13. 

    图 14  孔内复合式止浆技术原理图

    Figure 14. 

    图 15  YK2+683-YK2+710治理区域三段注浆量分布图

    Figure 15. 

    图 16  拱顶各监测点每日沉降数据曲线

    Figure 16. 

    图 17  YK2+693处注浆压力与拱顶沉降量关系曲线

    Figure 17. 

    图 18  YK2+693处每日注浆量与拱顶沉降量关系曲线

    Figure 18. 

    图 19  检查孔芯样内浆脉分布情况

    Figure 19. 

    表 1  治理段部分钻孔地下水位及互相串通情况

    Table 1.  Groundwater levels and the interconnection of some boreholes in the treatment section

    喷水孔号喷水深度/m串喷孔号串喷深度/m喷水孔号喷水深度/m串喷孔号串喷深度/m
    B3-2补2.0X4-47.2X4-67.5
    B3-16.3C2-3补6.1C2-27.0
    B4-16.1C2-4补6.5C2-2补
    C2-3补
    7.0
    6.2
    X5-17.2X3-2
    X4-5
    8.0
    7.5
    B4-7补6.9B3-78.5
    X2-46.3B4-10补6.3
    B4-9补5.0B4-3补6.1B3-48.0
    X2-34.5
    注:B3-2补是指原设计B3-2孔遇到障碍无法施工,移位重打的钻孔编号,以下同。
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    表 2  各加固层注浆机理、浆液类型和控制注浆参数表

    Table 2.  Grouting mechanism, slurry type and grouting control parameters of each reinforcement layer

    序号注浆加固
    层位
    注浆
    类型
    浆液
    类型
    水泥浆平均
    密度/g·cm−3
    Vc∶Vgt混合浆液
    初凝时间/s
    注浆速率
    /L·min−1
    终压
    (不大于)/MPa
    1顶部阻浆层充填注浆C-Gt混合浆液1.51∶150~90400.3
    2劈裂—挤密注浆C-Gt混合浆液1.62∶130~50200.8
    3拱顶止浆垫层充填注浆C-Gt混合浆液1.61∶1~2∶130~50200.5
    4拱顶加固层充填注浆C-Gt混合浆液1.51∶150~90400.5
    5劈裂—挤密注浆C-Gt混合浆液1.51∶130-50200.8~1.0
    6中间加固层充填—劈裂—挤密单双液交替1.51∶190~15020~401.0~1.5
    7未开挖超前加固层劈裂—挤密单双液交替1.51∶150~9020~401.0~1.2
    8影响区加固层劈裂—挤密单双液交替1.51∶150~9020~401.0~1.2
    注:配浆使用普通硅酸盐水泥,水泥标号P.O 42.5R;GT浆液密度控制在1.2-1.3 g·cm−3。单液浆密度平均1.5 g·cm−3
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    表 3  沉陷区重点加固段各加固层钻孔数量、注浆量和注浆终压统计表

    Table 3.  Statistics of drilling quantity, grouting quantity and final grouting pressure of each reinforcement layer in the key reinforcement section of the subsidence area

    钻孔种类设计钻孔数/个优化后钻孔数/个注浆量/m3注浆终压范围/MPa
    顶部阻浆层(A序)/垂直孔302691.590.3~0.8
    拱顶止浆垫层(B序)/垂直孔302842.720.3~0.5
    拱顶加固层(C序)/定向斜孔353196.600.5~1.0
    中间加固层(D序)/垂直孔3024108.631.0~1.5
    补强孔/垂直孔6610.060.8~1.0
    共计131115349.54
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出版历程
收稿日期:  2022-02-10
刊出日期:  2022-10-25

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